无人机新型避免碰撞感知系统设计灵感来源于蚊子

研究人员从蚊子飞行和在黑暗中着陆的能力中获得灵感，开发了一种新的避免碰撞的感知系统，并在四轴飞行器上进行了测试。由伦敦皇家兽医学院学院的 Richard Bomphrey 教授领导的国际科学家小组，研究了Culex quinquefasciatus蚊雄性体内的感觉机制，并找到了一种模仿这种昆虫利用气流探测障碍物的能力的方法。

大多数露营者都知道，在户外睡觉最让人抓狂的事情之一就是，在蚊子叮咬完之前，通常不可能知道蚊子是否落在你身上。造成这种现象的原因有很多，但一个重要的原因是，即使在漆黑一片的环境中，蚊子也能轻而易举地降落。

他们能够做到这一点要归功于机械感应，这是一种对机械刺激的响应，使他们不用眼睛就能够感知障碍物。与蝙蝠不同，蚊子通过生物声呐系统导航，蚊子使用的是它们的翅膀、触角和气流的组合导航。

根据这个研究小组的说法，蚊子通过快速拍打加长的翅膀飞行，产生快速的气流提供升力。如果这些喷射物遇到障碍，这些气流模式就会改变形状，这些形状可以被蚊子触角底部的一系列受体探测到，这些受体被称为约翰斯顿器官。这使得昆虫可以利用“空气动力学成像”来构建周围环境的图像，从而可以绘制地面和其他障碍物的位置。

为了了解这种蚊子是如何做到这一点的，研究小组对它的飞行进行了高速记录，然后使用计算流体力学模拟进行了分析。他们发现，被称为约翰斯顿的器官位于测量模式变化的理想位置“头部”，因为蚊子头部上方的压力差异最大，所以它们在低空时的感知效果最好。

蚊子正在利用地面效应，这是飞机从地面以两个机翼长度飞行时通常会遇到的升力和气动阻力的增加。 当模拟测试考虑到这一点时，研究人员发现这种蚊子可以探测到20个翅膀长度以上的表面——远远超过之前的想象。

然后，研究小组利用这些新的发现为一个微型四轴飞行器提供了空气动力学成像，为其安装了仿生传感器设备。这个装置由一排探测管组成，探测管与放置在最高灵敏度的差压传感器相连。经过一系列的测试飞行之后，该四轴飞行器可以自主飞行。

研究小组发现，这种四轴飞行器可以在足够远的距离上探测到表面，从而避开地面或墙壁，而且几乎或根本不需要进行数据处理。此外，据说这种新系统重量轻、省电、可伸缩。

“弄清楚这么重要的一群昆虫是如何在世界各地航行是很重要的，”邦夫雷说。“如果我们要生活在一个由飞行器和无人机完成更多工作的未来，从蚊子身上汲取一些灵感，让我们的机器在靠近建筑物或其他基础设施的地方工作时更加安全，这可能是十分有用的。

“这种研究没有理由仅限于小型飞行器，这种地面探测能力可以扩展到直升机，使它们在危险的低能见度条件下飞行时更安全一些。”

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